20 一
结晶结构
层状格子 层状格子
广州机械科学研究院
Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute
从表1.可见，氯化铁的结晶呈层状结构，所以剪切强度最低，氯化铁与硫化铁相比， 其熔点低，在高温下（400℃）会失去润滑作用。硫化铁耐高温性能（700℃以上）最 好。在重负荷切削及难加工材料的切削中一般都使用含有硫极压剂的切削液。
反应生成物的抗 剪强度τ1/MPa
摩擦减 少率%
四氯化碳 FeCl2
372
71
FeCl3
152
88
铁
1305
烷基硫
FeS FeS2
608 一
53 一
四氯化碳 CuCl
102
89
铜
941
烷基硫 Cu2S
41
57
铝
402
四氯化碳 AlCl3
90
78
试验得出的摩 擦减少率/% 80
60
65 55 65
切削液的润滑作用与切削的渗透性有关，渗透性能好的切削液，润滑剂能迅 速渗入到刀刃——工件与刀具——切屑界面，在刀具、工具和切屑表面形成 润滑膜、降低摩擦系数，减少切削阻力。
气化热/ （J/g）
2260 167~314
—
改变液体的流动条件，高流速和加大流量可以有效地提高切 削液的冷却效果，特别对冷却效果较差的油基切削液,效果更 明显。对切削量大的加工,切削液的温升较快，要求切削液的 储存槽的容积也要大些，切削液循环周期延长，避免切削液 温度过高。
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极压剂
防锈剂 抗氧剂 抗烟雾剂 消泡剂 铜合金防锈剂
氯系：氯化石蜡、氯化脂肪酸酯 硫系：硫化脂肪油、硫化烯烃、聚硫化物 磷系：二烷基二硫代磷酸锌、磷酸三甲酚酯、亚磷酸二丁酯、磷氮化合物等 有机金属化合物：有机钼、有机硼
磺酸盐、羧酸盐、有机酸、磷酸盐等 酚系、胺系 聚异丁烯、聚丁烯等 二甲基硅油 苯并三氮唑，巯基苯并塞唑
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表-1.硫、氯极压剂生成的固体润滑膜的性质
固体润滑膜
熔点/℃
Fe FeS Fe(15)+FeS(85) 合金 FeCl2 FeCl3
1525 1193 985
672 302
抗剪强度/℃
100 30 一
一、切削油（液）的作用机理 （一） 润滑作用 （二） 冷却作用 （三） 清洗作用 （四） 防锈作用 二、切削油（液）的调配 （一）油基切削液的调配 （1）油基切削液的组成 （2）油基切削液各组分含量 （3）基础油的选择 （4）添加剂的选择 （二）水基切削液的调配 水基切削液的组成 不同形态水基切削液各组分含量 乳化油的调配 半合成微乳液的调配 全合成切削液的调配 三、切削液应用出现的问题及处理方法 四、切削液的管理
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（二）冷却作用 冷却作用是依靠切（磨）削液的对流换热和汽化把切削热从刀具、工件和切屑 中带走，降低切削区的的温度，减少工件变形，保持刀具硬度和尺寸。 切削液的冷却作用取决于它的热参数值，特别是比热容和热导率。此处，液体 的流动条件和热交换系数也起重要作用。热交换系数可以通过改变表面活性材料 和汽化热来提高。水具有较高的比热容和大的热导率。
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切削油（液）的作用机理与调配生产和应用出现的问题及处理方法
林心勇
2008年5月22日
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一、切削油（液）的作用机理 使用金属切削液目的是为了降低切削力及刀具与工件、刀具与切屑 之间的
摩擦，及时带走切削区内产生的热量及降低切削温度，并将切削过程中产生大量 的切屑和磨屑排出，同时还要保证切削机床和加工工件不被腐蚀和生锈，所以切 削液必须具备润滑、冷却清洗和防锈作用。
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（四）防锈作用 在切削加工过程中，如果切削液没有一定的防锈能力，工件在加工后或工序间存放
期间会受到空气中的水分及腐蚀介质的侵蚀而产生化学腐蚀或电化学腐蚀，引 起生锈，机床也同样会生锈。因此切削液必须具备较好的防锈性能。油基切削 液一般都具备一定的防锈能力，如果工序间存放期不长，可以不加防锈剂，因 为在切削油中加入石油磺酸钡等添加剂会使切削液的抗磨性能下降。要求防锈 性好的切削油，可加0.1~0.2%的T746防锈剂，因加量少对切削液润滑性影响 不大。铜、铝等有色金属可加入少量的金属减活剂就能起到很好的防腐作用。 对于水基切削液，PH值的控制对其防锈性能影响很大。对钢、铁等黑色金属 PH值在9~9.5的范围防锈效果最好，而对铜、铝等有色金属PH值在7~8的范围 较为合适。用水基切削液加工的工件在包装封存前的清洗防锈工艺十分重要， 一般都要经过脱水防锈清洗后再涂防锈油。如工件的水及杂质微粒没清洗干净， 即使用最好的防锈油也会很快生锈。由于清洗防锈工艺不当造成零件制品生锈 的事故经常会发生。
切削液添加剂有效作用的温度范围见图1。 极压添加剂除了和钢、铁等黑色金属起化学反应生成具有低抗剪切强度的润滑膜外， 对铜、铝等有色金属同样有这个作用，不过有色金属的切削不适宜用活性极压添加剂 以免对金属造成腐蚀。
图1.切削液添加剂有效作用的温度范围
金属皂 氯化金属 磷化金属
硫化金属
0 200
400
600
800
温度/℃
1000
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表-2.切削液的极压添加剂与金属反应生成物的特征
二维切削，t=0.05㎜,v=5.5m/min,高速钢，a=15°
加工材料
金属的抗剪 强度τ/MPa
切削液
反应生成物
切削液的消泡性能也会影响冷却效果。由于泡沫内部是空气，空气的导热性比 水的导热性差很多，泡沫多的切削液冷却效果要下降。所以对于容易起泡的切 削液要加消泡剂。
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（三）清洗作用 在金属切削过程中，切屑、铁粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀具上， 影响切削效果，同时使机床和工件变脏，不易清洗。所以切削液必须具备清洗性 能。 对于油基切削液，粘度越低，清洗能力越强，特别含有煤油、柴油等轻组份的 切削油，清洗、渗透性能就更好。含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好。 表面活性剂一方面能吸附各种粒子、油泥，并在工件表面上形成一层吸附膜，阻 止粒子和油泥吸附在工件、刀具和砂轮上；另一方面能渗入到粒子和油污粘附的 界面上，把粒子和油污从界面上分离，切削液带走。切削液的清洗作用还应表现 在对切屑、磨屑、铁粉、油污等有良好的分离和沉降作用。循环使用的切削液在 回流到冷却液槽后，能迅速使切屑、磨屑、铁粉、微粒等沉降在底部，油污等物 悬浮在液面上，这样便可保证切削液反复使用后，仍能保持清洁、保证加工质量 和延长使用寿命。全合成水基切削液和半合成微乳液的排油性十分重要。合成切 削液和半合成微乳液如果排油性差，很快就会与机床漏下的油或工件带进的油混 合变成乳化液，失去了原切削液的特性，并且变成乳化液之后，容易被微生物侵 蚀，腐败变质，影响加工效果和使用寿命。
水基切削液的使用浓度与冷却效果也有很大关系。表4.为切削油和不同稀释比的乳化油 的导热系数。
试样
水 乳化液（稀释50倍） 乳化液（稀释25倍） 切削油
导热系数（J/㎝2·S·℃）
1.005 0.725 0.544 0.105
从表4.看出，稀释倍数不同，导热性能差别也很大，而水和油的导热系数则相 差10倍。所以在使用水基切削液时，如发现烧伤，冷却效果不好时就要适当加 大稀释倍数，提高其冷却效果。
0~40 0~10
0 0 0 0
0~5 0~1
非活性极压切削油
40~90 0
10~40 0~10
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二、切削液的调配 （一）油基切削液的调配
基础油 油性剂
（1）油基切削液的组成：
矿物油：煤油、柴油、全损耗系列油、D系列溶剂油 合成油：聚烯烃、烷基苯、酯类油
脂肪油：豆油、菜子油、棕榈油、糠油、猪油等 脂肪酸：油酸、异构硬脂酸、棕榈酸等 酯类：硬脂酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯等 高级醇：十八醇
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切削液的润滑作用，一般油基切削液比水基切削液优越，含油性、极压 添加剂的切削液效果更好。
油性添加剂一般是带有极性基（—COOH、—OH、—C=O—NH2等） 的长链有机化合物，如高级脂肪酸、高级醇、动植物油脂等。油性剂是通过极性 基团吸附在金属表面上形成一层润滑膜，这层润滑膜有较低的摩擦系数，可以减 少刀具——工件，刀具——切屑之间的摩擦，达到减少切削阻力、延长刀具寿命、 降低工件表面粗糙度的目的。油性添加剂的作用只限于切削温度较低的状况，当 温度超过200℃，油性剂的吸附层受到破坏而失去润滑作用，所以一般低速、精 密切削使用含有油性剂的切削液。而在高速、重切削的场合，应使用含有极压添 加剂的切削液。